農村污水處理技術現狀與創新發展

唐詩輝，陳戰利，范 凌，廖玉斌，王文哲，金宏浩，蘇子林

(南昌大學 資源環境與化工學院, 江西 南昌 330031)

1 引言

居民的生活生產都會產生污水。近些年來，隨著農村經濟的飛速發展，我國農村污水的排放及污染日趨嚴重，其對農村生態環境造成了較大的負面影響。因此需要對農村污水處理技術現狀以及其存在的問題進行研究分析，采取科學污水處理技術，有效解決污染問題。

2 農村污水特點

由于經濟水平、生產方式以及生活習慣或生活方式等不同，農村污水的水質、水量存在較大的地區差異，其特點如下[1]。

(1)高分散性 、不易收集。由于農村污水具有污染源分散、污染點多、收集處理難度大等特點，加上早期并未得到足夠重視，導致污水處理難度大且效率極低。

(2)污水管網建設、處理設施建設不足。大多數村莊沒有排水渠和污水處理系統，大多數污水以無組織排放的狀態直接排放到附近的河流中。

(3)以家庭生活污水為主。由于農村居民生活規律相似，生活污水量不穩定，波動系數大，導致農村生活污水早晚排放量大于白天，夜間排放量較小，甚至可能停止流動，有明顯的水量變化。

(4)部分地區存在小型工廠和村坊。污水的水質成分可能更為復雜，因此有必要詳細調查區域排水點和排水水質，以確定處理方案。

(5)排放標準未完全普及。在當前的農村污水處理項目中，采用的大多數標準都是基于GB18918-2002《城市污水處理廠污染物排放標準》，針對農村污水的具體排放標準普及度低[2]。

3 農村污水處理技術現狀

農村水污染的主要來源即生活污水和生產廢水，其中主要污染源頭[19]是生活污水根據農村生活污水處理方法的不同，主要分為集中處理和分散處理。集中式污水處理方式的特點是管道連接較長，埋深較大，投資標準較高，更適合經濟條件較好，集鎮或城市郊區。這就限制了全國農村污水處理技術的推廣和選擇，因此此本文僅討論分散式污水處理技術。當前農村分散式污水常用處理技術主要包括：人工濕地，厭氧沼氣池，生物濾池，地下土壤滲透，凈化池和一體化綜合污水處理設備等[3]。

3.1 人工濕地

人工濕地是通過工程手段模擬自然濕地系統處理污水而建造的結構。在一定的坡度上用選定等級的填料(例如礫石，沙子，泥煤等)填充結構的底部。填料的表面坡度通常受水力斜率和填料等級的影響，一般取值范圍為1%～8%。在填料表層土壤中種植一些加工性能好，成活率高，生長周期長，外觀漂亮，具有經濟價值的水生植物。我國農村地區的生活污水處理受到技術和經濟等諸多不利因素的限制。人工濕地投資，運行成本低，污水處理規模靈活，維護管理技術要求低，占地面積大，適合于資金匱乏和缺少專業技術人員的荒地，和污水排放相對分散的農村地區。有效控制農村生活污水污染是保護水資源的重要措施[4]。

3.2 厭氧沼氣池

在我國農村地區使用最廣泛的技術就是厭氧沼氣池技術。農村居民的生活污水、養殖類糞便和農業廢棄物等，通過在沼氣池中進行厭氧發酵。厭氧微生物等通過代謝將污水進行凈化，在這一過程中有甲烷等氣體產生。為了合理利用能源，經過厭氧發酵后的沼液也可以進行二次利用，用于農田的灌溉施肥。此前的研究效果已經證實厭氧沼氣池對污水中的COD，BOD，總氮和總磷具有較佳的處理效果。目前該技術也是農村污水處理技術的認可、適用技術之一，同時，該技術在北方寒冷地區也被認可并且適用。

3.3 生物濾池技術

作為一種常用的處理農村污水的生物處理技術。生物濾池是以土壤自凈原理為依據，在污水灌溉的實踐基礎上，經較原始的間歇砂濾池和接觸濾池而發展起來的人工生物處理技術。曝氣生物濾池、厭氧生物濾池、滴濾池是目前常用的幾種生物濾池。

生物濾池的處理特點上，生物濾池具有極佳的處理效果以及處理優勢，首先是在任何季節都能滿足各地最嚴格的環保要求；無二次污染產生；濾池里的微生物無需另外投加營養劑，能夠依靠濾池填料的有機物生長；可移動性高，便于運輸組裝等。

3.4 一體化綜合污水處理設備

在農村地區建立生活污水收集設備的，污水量可以達到幾十立方米及以上的前提下，可以使用綜合污水處理設備。該設備可以有效地對難以集中處理的農村污水進行分散處理。 改進后的綜合生活污水處理裝置在實際工程中取得了理想的處理效果。當前的主要流程包括SBR和MBR流程。

3.5 土壤地下滲濾

土壤地下滲透凈化系統是一種自然的污水凈化方法，主要利用土壤的自凈能力實現污水凈化。土壤中的動物，植物和微生物通過自身的新陳代謝降解水中的有機物。上海市金山區采用土壤地下滲透技術進行農村污水處理。在水壓負荷沖擊的允許范圍內，廢水達到回用水標準，并且對生物需氧量，氮和磷的處理效果非常理想[5]。

3.6 生物、生態多元處理與綜合利用技術

李先寧等[17]出于處理成本低、高氮磷去除的目的，在江蘇大浦鎮農村污水處理示范區等村落，結合當地冬冷夏熱氣候顯著的條件下，采用了生物、生態結合的處理模式，做到了農村污水處理與生態復原、環境堤岸凈化、景觀用水和灌溉農田等各類需求的良好結合，將只能在示范區內復雜條件研發出的具有較強針對性的各種單項技術，成功的根據實際生態條件完成了系統化與優化結合，形成適合河網區農村生活污水的集成系統。

4 創新型處理技術

4.1 一體化SMI微生物濾床工藝

核心工藝是集成的SMI微生物濾床，該設備沿進水方向包括四個池A、B、C和D。其中，A厭氧池，B缺氧池和C需氧池采用鼓風曝氣，每個曝氣管均裝有風量調節閥。在進水管中安裝有控制閥，并使用微孔曝氣器進行曝氣。A、B、C池中充滿了各種新型合成微生物載體。此過程使用D池有效去除磷和沉淀。SMI微生物濾池技術使用高效的復合微生物劑和多孔載體將功能性微生物固定在多孔載體的表面和孔內，以形成穩定的生物膜。當污水流經載體時，在微生物的作用下，污染物可以被有效地去除。氨氮，COD，SS的去除效果尤為突出，廢水澄清透明[6]。

優點：它整合了生物降解，吸附以及物理和化學過程。具有抗沖擊負荷高，占地面積小，自動控制操作能力強，水質好，管理方便，運行成本低的優點，同時兼顧了活性污泥法和生物法的優點。而且該過程幾乎不會產生多余的污泥，并且不需要專門的人員。經處理的水可用于供水、綠化、灌溉等，具有良好的經濟效益和社會效益。

4.2 生態浮床技術

生態浮床是利用無土栽培技術，以高分子材料為載體和基質，與現代農學和生態工程措施相結合的水面無土種植技術。使用該技術，只能在陸地上生長的草本陸生植物可以種植到天然水面，并且與陸地種植相比，可以獲得相似甚至更高的收獲和景觀效果[7]。利用陸生植物吸收氮和磷的養分并通過光合作用從水中去除氮和磷，無需施肥，病蟲害少，生物量高。 陸地植物在水上種植后可以形成更大的生物量，尤其是發達的根系可以吸收大量浮游生物(例如藻類)，并且根系可以分解有機污物[8]。

優點：生態浮床成本低，試驗植物和浮床載體材料來源廣泛，結構組裝方便，剛度和柔韌性好，抗風浪沖擊能力強，可進行移動拼裝。在緩解耕地緊張和矛盾的同時，還能有效治理農村富營養化的水體。生態浮床可以創造一定的經濟效益以及美化被污染水體的水面景觀。如種植水生蔬菜。如果使用不同花期的花卉組合，則具有美化景觀的功能，即在水面上種花以控制水質污染。

5 前景展望

黨的十九屆五中全會公報提出，要加快推動綠色低碳發展，繼續提高環境質量，提升我國生態系統的穩定性，更快更好地提高資源利用效率。到2035年要實現：形成廣泛的綠色生活方式，碳排放量做到穩中有降，生態環境好轉，實現建設美麗中國的偉大目標。

生態浮床修復水體的實用技術[10]不僅優于其他技術，而且成本遠低于物理生態工程，適合規?；?，模式化，機械化作業。在傳統的生態浮床凈化過程中，浮游植物的吸收能力有限，而且對深水處理的效果也有限。國內目前對組合式生態浮床[12]、生物膜生態浮床[11]等多種高效生態浮床的研究也正在進行。生態浮床技術已成為我國21世紀生態環境保護領域最有價值和最有生命力的處理技術之一[9]。生態浮床具有凈化水質、創造生物棲息空間、改善景觀、利于綠色蔬菜種植等綜合性功能，同時生態浮床具有成本低、組裝簡易、可移動性高等特點，在治理高分散性農村污水方面效益顯著。隨著國家對生態治理問題的不斷重視，運用生態浮床治理農村污水將會受到越來越高的重視以及專家學者的青睞。污水處理應根據出水標準選擇合適工藝，避免選擇高投入、管理難度大、運行成本高的工藝，宜優先選擇能耗低、運行簡便的工藝，同時也應盡量采用符合農村特點的人工濕地、凈化槽結合工藝，不能照搬照抄城市污水處理工藝[15]。

6 總結及建議

6.1 選擇合適工藝

污水處理應根據出水標準選擇合適工藝，避免選擇高投入、管理難度大、運行成本高的工藝，宜優先選擇能耗低、運行簡便的工藝，同時也應盡量采用符合農村特點的人工濕地、凈化槽結合工藝，不能照搬照抄城市污水處理工藝[13]。

6.2 加強對管網建設的重視

管網建設具有施工影響大、投資高的特點，是建設農村污水處理工程的重難點，若管網工程建設不好，就可能導致無法收集設計水量、雨水與地下水混入污水管道等情況出現[14]。

6.3 政府提供資金和有關保障

因為污水治理流程具有能耗大、專業性強、涉及廣泛等特點，所以社會和政府應高度重視，投入大量資金，并加強有關政策推行和宣傳[16]。

6.4 對標高標準，推進現有處理系統改造

水質不達標是農村生活污水處理方面的主要問題，現有工藝的出水水質難以滿足水質需求。為了有效解決這一問題，應該針對農村生活污水處理工程進行全面的系統性改造，不斷地強化出水水質的高標準。對于已有的工程，要按實情予以改進，完善處理系統，提升出水水質[18]。